用于保护电气设备免受过电压和雷电的装置制造方法
【专利摘要】电气设备保护装置包括：第一导线（105）和第二导线（106），能够连接至电源（2）以接收具有额定值（VNOM）的电源电压（VDC）；至少一个可变电阻（108），连接在第一导线与第二导线之间并且具有击穿电压；以及控制级（110，112），与可变电阻协作。控制级（110，112）包括至少一个气体放电装置（107）、气体放电装置（107）的激活网络（110）以及诊断装置（112）。
【专利说明】用于保护电气设备免受过电压和雷电的装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于保护电气设备免受雷电的装置。
【背景技术】
[0002]用于保护电气设备免受雷电的电路通常使用可变电阻(例如氧化锌型)。众所周知，可变电阻为具有强非线性电压-电流特性的装置，并通常具有高阻抗状态和低阻抗状态。在正常工作情况下，如果施加至可变电阻端头的电压低于其击穿电压，该装置处于高阻抗状态。当超过击穿电压时(例如由于雷电或过电压)，在存在适中的电压变化的情况下，阻抗下降并且可变电阻可流过高电流。
[0003]虽然相对有效地增加连接在可变电阻下游的设备的防护程度，但是已知的装置还具有以下主要限制。
[0004]首先，即使处于高阻抗状态，可变电阻的漏电流仍非常高，通常约为数毫安除能量消耗之外，该量级的电流可致使可变电阻过热和提前老化。
[0005]为了减少漏电流，可变电阻规格过大，或更确切地，可变电阻被确定规格，使得其击穿电压远高于被保护设备的额定工作电压。然而，这种选择不可避免地意味着较低的保护有效性。具体地，在没有保护装置介入的情况下，设备可暴露至高于额定电压的电压。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供允许克服上述限制的电气设备保护装置。
[0007]根据本发明，提供了如权利要求1所限定的电气设备的保护装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]参照附图，通过以下非限定性实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，在附图中:
[0009]-图1是根据本发明第一实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0010]-图2示出了与图1中的保护装置相关的量值的图表；
[0011]-图3是根据本发明第二实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0012]-图4是根据本发明第三实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0013]-图5是根据本发明第四实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0014]-图6是根据本发明第五实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0015]-图7是根据本发明第六实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；
[0016]-图8是根据本发明第七实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图；以及
[0017]-图9是根据本发明第八实施方式的用于电气设备的保护装置的简化的接线图。【具体实施方式】[0018]参照图1，附图标记I整体地表示保护装置，其设置在电源2与电气设备3之间。在所描述的示例中，电气设备3需要直流电，并由电源2提供直流电。
[0019]保护装置I包括第一电源线5、第二电源线6、气体放电装置7、可变电阻8以及激活电阻10。
[0020]第一电源线5 (正极)和第二电源线(负极)连接至电源2，以接收电压Vdc并将电压传输至电气设备3。
[0021]气体放电装置7具有第一端7a和第二端7b，其中第一端7a连接至可变电阻8的一端，第二端7b连接至第二电源线6。气体放电装置7具有高阻抗状态和低阻抗状态。当气体放电装置7的第一端7a与第二端7b之间的电压超过阈值电压Vs时，发生从高阻抗状态(气体放电装置7的正常状态)的转变。然后气体放电装置7保持在低阻抗状态，直到第一端7a与第二端7b之间的电压被取消或直到电流落到保持值之下。
[0022]可变电阻8为氧化锌型可变电阻，并连接在第一电源线5与气体放电装置7的第一端7a之间。因此，气体放电装置7通过可变电阻8联接至第一电源线5。可变电阻8具有击穿电压VBD，该击穿电压Vbd低于电源电压Vdc的额定值VM。然而，气体放电装置7和可变电阻8被选择，使得气体放电装置7的阈值电压Vs与可变电阻8的击穿电压Vbd之和高于电源电压Vdc的额定值VM。
[0023]激活电阻10限定出激活雷电保护的网络，并且激活电阻10连接在气体放电装置7的第一端7a与第二端7b之间。
[0024]确定保护介入的临界过电压值可通过激活网络(在所描述的示例中为激活电阻10)被编程。实际上，当第一电源线5与第二电源线6之间的输入电压Vin超过触发电压Vtk时，激活电阻10允许保护准确地介入。当过电压(引起空中雷电和干涉)叠加至电源电压VD。时，这种情况便会发生，其中在图1中由以虚线示出的变压发电表示过电压。激活电阻的阻抗值R可被选择，使得超过触发电压Vtk的情况对应于超过气体放电装置7的电压阈值Vs的情况。
[0025]具体地，应该满足下面的关系式:
[0026]
【权利要求】
1.一种电气设备的保护装置，包括:
第一导线(5 ；105 ；205 ；305 ；405 ；505 ；605R ;705R)和第二导线(6 ；106 ；206 ；306 ；406 ；606 ;705S)，所述第一导线和第二导线连接至电源(2 ；502 ；602 ；702)以接收具有额定值(Vncim)的电源电压(Vdc ;Vac ;Vacs，^acej Vact ); 至少第一可变电阻(8 ；108 ；208a ；308a ；408 ；508a ；608R ;708R)，连接在所述第一导线与所述第二导线之间，并具有击穿电压(Vbd);以及
控制级(10 ; 110，112 ;210，212 ;310，312 ；410 ;510，512 ;610，612 ;710)，与所述第一可变电阻协作。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制级包括诊断装置(112；212 ；312 ；512 ；612)，所述诊断装置包括: 信号电路(120，121 ;220，221 ;320，321，322 ;520，521 ；620R,620S,620T,621),配置成选择性地发出信号以指示所述保护装置的正确操作状态或故障状态； 阻抗检测电路(116，117 ;216，217 ;316，317 ;516，517 ;616R,617R,616S,617S,616T,617T)，配置成检测所述第一可变电阻的阻抗；以及 驱动网络(118，119，125，126 ;218，219，225，226 ;312 ;518，519，525，526 ;618，619，625R，626R，625S，626S，625T，626T)，耦合至所述阻抗检测电路，并配置成根据所述第一可变电阻的阻抗来驱动所述信号电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，
所述信号电路(120，121 ;220，221 ;320，321，322 ;520，521 ;620R，620S，620T，621)具有第一状态和第二状态， 所述驱动网络(118，119，125，126 ;218，219，225，226 ；312 ;518，519，525，526 ;618，619，625R，626R，625S，626S，625T，626T)配置成:当所述第一可变电阻的阻抗低于阈值时，将所述信号电路设置成所述第一状态，以及当所述第一可变电阻的阻抗高于所述阈值时，将所述信号电路设置成所述第二状态。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述检测电路包括: 光发射装置(116 ；216 ；316 ；516 ；616R,616S,616T),串联至所述第一可变电阻，以发射具有与流过所述第一可变电阻的电流相关的强度的辐射；以及 光检测器(117 ；217 ；317 ；517 ;617R，617S，617T)，光学地耦合至所述光发射装置(116 ；216 ；316 ；516 ；616R, 616S, 616T)并且电学地耦合至所述信号电路(120，121 ;220，221 ;320，321，322 ;520，521 ；620R,620S,620T,621),以根据流过所述第一可变电阻的电流驱动所述信号电路。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，还包括多个导线和多个可变电阻，所述多个可变电阻连接在相应的导线对之间； 其中，所述检测电路包括: 多个光发射装置(616R，616S，616T)，与各自的可变电阻串联，以发射具有与流过所述各自的可变电阻的电流相关的强度的辐射；以及 多个光检测器(6171?，6175，6171')，光学耦合至各自的光发射装置(6161?，6165，6161')，并且电学耦合至所述信号电路(620R，620S，620T，621 )，以根据流过所述各自的可变电阻的电流来驱动所述信号电路。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其中所述信号电路(120，121；220,221 ；320.321.322;520，521 ；620R,620S,620T,621)至少包括第一 LED (120 ；220 ；320 ；520 ；620R，620S，620T)和第二 LED (121 ；221 ；321 ；521 ;621)，所述第一 LED 和所述第二 LED 由所述驱动网络控制，以根据流过所述第一可变电阻的电流选择性地被设置为开路状态或导通状态。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，其中所述信号电路(120，121；220,221 ；320.321.322;520，521 ;620R，620S，620T，621)包括被控制的双位置选择器(322)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述被控制的双位置选择器(322)为SPDT型继电器。
9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中: 所述控制级(10 ;110，112 ;210，212 ;310，312 ；410 ;510，512 ;610，612 ；710)至少包括第一气体放电装置(7 ；107 ；207 ；307 ；407 ；507 ；607R ;707)，所述第一气体放电装置具有:第一状态，具有高阻抗；以及第二状态，具有低阻抗；以及阈值电压(Vs)； 所述第一气体放电装置通过所述第一可变电阻(8 ；108 ；208a ；308a ；408 ；508a ；608R ；708R)连接在所述第一导线(5 ；105 ；205 ；305 ；405 ；505 ；605R ；705R)与所述第二导线(6 ；106；206 ；306 ；406 ；606 ；705S)之间； 所述第一可变电 阻的击穿电压低于所述额定值，并且所述第一可变电阻的所述击穿电压与所述第一气体放电装置的所述阈值电压之和高于所述额定值；以及 所述控制级被配置成:使得所述气体放电装置(7 ；107 ；207 ；307 ；407 ；507 ；607R ；707)从所述第一状态到所述第二状态的切换致使所述第一可变电阻(8 ；108 ；208a ；308a ；408 ；508a ；608R ；708R)的击穿电压(Vbd)被超过。
10.根据要求9所述的装置，其中所述控制级(10;110，112 ;210，212 ;310，312 ；410 ；510,512 ;610，612 ；710)包括激活网络(10 ；110 ；210 ；310 ；410 ；510 ；610 ;710)，所述激活网络与所述第一可变电阻协作，以响应于所述第一导线与所述第二导线之间的输入过电压(Vin)来向所述第一气体放电装置的端头供给高于所述阈值电压的操作电压，其中所述输入过电压高于触发电压(VTK)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述激活网络(10；110 ；210 ；310 ；410 ；510 ；610 ;710)包括连接在所述第一气体放电装置的两端之间的第一激活电阻(10 ；113 ；213a ；313a；417 ；510 ；613R ;710R)。
12.根据权利要求11所述的装置，包括第二可变电阻(208b；308b ；508b ；608S ；708S),并且其中所述第一可变电阻连接在所述第一气体放电装置(207 ；307 ；507 ；607R ;707)的第一端与所述第一导线之间，所述第二可变电阻连接在所述第一气体放电装置的第二端与所述第二导线(206 ；306 ；506 ；606 ；705S)之间。
13.根据权利要求11或12所述的装置，包括第三可变电阻(508c)，所述第三可变电阻连接在所述第一气体放电装置的第三端与参考电势线之间。
14.根据权利要求12所述的装置，包括第三导线(605T;705T)以及第三可变电阻(608Τ ;708Τ)，所述第三可变电阻(608Τ ；708Τ)连接在所述第一气体放电装置(607R ；707)的第三端与所述第三导线(605Τ ;705Τ)之间。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述激活网络包括:第二激活电阻(613S；713S)连接在所述第一气体放电装置(607 ；707)的第一端与第三端之间；以及第三激活电阻(613T ;713T)，连接在所述第一气体放电装置(607 ；707)的第二端与第三端之间。
16.根据权利要求11或12所述的装置，包括参考电势线(211；311)； 以及其中: 所述第一气体放电装置(207 ;307)具有第一端(207a ;307a)和第二端(207b ；307b)；激活网络(210 ;310)包括第二激活电阻(213b ;313b)和第三激活电阻(213c ；313c)；所述第一激活电阻(213a ；313a)连接在所述第一气体放电装置(207 ；307)的第一端(207a ；307a)与第二端(207b ;307b)之间； 所述第二激活电阻(213b ；313b)连接在所述第一气体放电装置(207 ；307)的第一端(207a ;307a)与参考电势线(211 ;311)之间；以及 所述第三激活电阻(213c ；313c)连接在所述第一气体放电装置(207 ；307)的第二端(207b ；307b)与所述参考电势线(211 ;311)之间。
17.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一导线为第一相位线(605R;705R)，所述第二导线(606)为中性线并包括第二相位线(605S ;705S)和第三相位线相线(605T ;705T)。
18.根据权利要求17的装置，包括: 第二气体放电装置(607S)和第三气体放电装置(607Τ);以及 第二可变电阻(608S)和第三可变电阻(608Τ)； 并且其中: 所述第一气体放电装置(607R)，所述第二气体放电装置(607S)，以及所述第三气体放电装置(607Τ)具有: 各自的第一端，各自通过所述第一可变电阻(608R)连接至所述第一相位线(605R)，通过所述第二可变电阻(608S)连接至所述第二相位线(605S)，并且通过所述第三可变电阻(608Τ)连接至所述第三相位线(605Τ)，以及 各自的第二端，各自连接至所述第二导线(606)。
19.根据权利要求18的装置，其中: 激活网络包括第二激活电阻和第三激活电阻； 所述第一激活电阻(613R)连接在所述第一气体放电装置(607R)的第一端与第二端之间； 所述第二激活电阻(613S)连接在所述第二气体放电装置(607S)的第一端与第二端之间；以及 所述第三激活电阻(613Τ)连接在所述第三气体放电装置(607Τ)的第一端与第二端之间。
20.根据权利要求18或19所述的装置，包括第四气体放电装置(609)，所述第四气体放电装置(609)具有: 第一端，连接至所述第一气体放电装置(607R)的第一端； 第二端，连接至所述第二气体放电装置(607S)的第一端；以及 第三端，连接至所述第三气体放电装置(607Τ)的第一端。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的装置，包括第四可变电阻(608d)和参考电势线(611);其中所述第一气体放电装置(607R)的第三端、所述第二气体放电装置(607S)的第三端、以及所述第三气体放电装置(607T )的第三端通过所述第四可变电阻(609 )连接至所述参考电势线(611)。
22.根据权利要求11所述的装置，其中所述激活网络(410)包括: 升压装置(415)，具有连接至所述第一气体放电装置(407)的一个端的输出；以及驱动电路(411，412，413)，配置成驱动所述升压装置(415)，以当输入电压超过所述触发电压时，在所述第一 气体放电装置(407)的端之间提供高于所述阈值电压的电压。
【文档编号】H02H9/04GK103477522SQ201280009518
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年2月22日 优先权日:2011年2月22日
【发明者】弗拉威沃·布拉索拉 申请人:建筑机电·P·托雷桑有限公司